铝互连结构及其形成方法技术

一种铝互连结构及其形成方法，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依次形成有金属材料层和图案化的掩膜层，所述金属材料层包括含铝金属材料层；刻蚀所述金属材料层；去除所述图案化掩膜层；在25℃到40℃的温度条件下去离子水清洗所述铝互连结构。所述结构以及方法降低所述铝金属材料层中产生孔洞的可能性，提高铝互连结构的电连接性能和可靠性。

Aluminum interconnection structure and its forming method

【技术实现步骤摘要】
铝互连结构及其形成方法
本申请涉及半导体制造领域，具体来说，涉及一种铝互连结构及其形成方法。
技术介绍
在集成电路制造中，芯片内部采用金属互连线来连接半导体器件，当前常用的用作金属互连线的金属材料包括铝，铜，钨等。图1至图3为现有技术中形成铝互连结构方法各步骤的结构示意图，所述方法包括：参考图1，提供半导体衬底110，在所述半导体衬底110上依次形成第一阻挡层120，含铝金属材料层130以及第二阻挡层140，其中，所述第一阻挡层120为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层中的任意一种或者多种的组合，所述含铝金属材料层130例如金属铝或者铝的合金材料，所述第二阻挡层140为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层中的任意一种或者多种的组合。随后在所述第二阻挡层140表面形成掩膜层150，所述的掩膜层150例如为图案化的光刻胶层。所述掩膜层150用于定义所述铝互连结构的位置和尺寸。参考图2，在掩膜层150的保护下，依次刻蚀所述第二阻挡层140，含铝金属材料层130以及第一阻挡层120，继续参考图3，采用灰化工艺去除所述掩膜层150，形成所述铝互连结构。然而，如图4所示，现有技术形成所述铝互连结构的方法，容易在所述含铝金属材料层130的侧壁形成孔洞160，影响所述铝互连结构的电连接性能。因此，需要提供一种新的铝互连结构的形成方法。
技术实现思路
本申请技术方案要解决的技术问题是：针对现有铝互连结构的形成方法容易在含铝金属材料层侧壁产生孔洞的缺陷，提供一种改进的铝互连结构的形成方法，消除所述含铝金属材料层侧壁的孔洞。本申请的一方面提供一种铝互连结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依次形成有金属材料层和图案化的掩膜层，所述金属材料层包括含铝金属材料层；刻蚀所述金属材料层；去除所述图案化掩膜层；在25℃到40℃的温度条件下去离子水清洗所述铝互连结构。在本申请的一些实施例中，去除所述图案化掩膜层的工艺为灰化工艺，其中，进行所述灰化工艺的气体包括H2O和O2。在本申请的一些实施例中，采用溅射沉积工艺形成所述含铝金属材料层，其中，所述溅射沉积工艺在350℃至380℃的温度下进行。在本申请的一些实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述金属材料层，其中，所述干法刻蚀工艺的刻蚀气体包括Cl2，CCl4和BCl3中的一种或者多种。在本申请的一些实施例中，所述干法刻蚀工艺的刻蚀气体还包括N2和CHF3中的一种或者多种。在本申请的一些实施例中，所述干法刻蚀工艺的刻蚀压强范围从8mt至20mt。在本申请的一些实施例中，所述Cl2或者CCl4或者BCl3的流量范围从30sccm到50sccm，所述的N2或者CHF3的流量范围为5sccm至15sccm。在本申请的一些实施例中，所述含铝金属材料层为Al-Cu合金。在本申请的一些实施例中，所述金属材料层包括依次形成于所述半导体衬底表面的第一阻挡层，含铝金属材料层和第二阻挡层。本申请的另一方面提供一种铝互连结构，所述铝互连结构由上述第一方面提供的任意一种方法形成。本申请实施例所述铝互连结构及其形成方法，调整了所述去离子水的清洗工艺，在25℃到40℃的温度条件下清洗所述铝互连结构，减少了所述含铝金属材料层中产生孔洞的可能性。进一步，在灰化所述光刻胶图案的工艺中采用H2O/O2作为灰化气体；在在350℃至380℃的范围内进行含铝金属材料层的溅射沉积工艺；在刻蚀所述金属材料层的工艺中，调整所述蚀刻气体的组分，加入氮气或者CHF3等气体，并调整刻蚀气体的流量，刻蚀温度等，进一步降低所述铝金属材料层中产生孔洞的可能性，提高铝互连结构的电连接性能和可靠性。本申请中另外的特征将部分地在下面的描述中阐述。通过该阐述，使以下附图和实施例叙述的内容对本领域普通技术人员来说变得显而易见。本申请中的专利技术点可以通过实践或使用下面讨论的详细示例中阐述的方法、手段及其组合来得到充分阐释。附图说明以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的专利技术意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：图1至图3是现有技术一种铝互连结构制作方法各步骤的结构示意图；图4是现有技术形成的铝互连结构侧壁有孔洞的结构示意图；图5是本公开中铝溅射沉积工艺所使用工具的示意图；图6是含铝金属材料层侧壁产生Al·Cl的示意图。图7是为本申请实施例所述铝互连结构的形成方法的工艺流程图。具体实施方式以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明。形成铝互连结构的方法包括在所述半导体衬底表面依次形成金属材料层和图案化的掩膜层，其中所述金属材料层包括含铝金属材料层；以及刻蚀所述金属材料层，去除所述图案化掩膜层等步骤。在刻蚀所述金属材料层后，以及去除所述图案化掩膜层等步骤后，还包括清洗步骤，以去除进行所述步骤后膜层或者铝互连结构表面的污染和杂质。其中，形成所述金属材料层的工艺例如为气相沉积工艺，例如为溅射沉积工艺；刻蚀所述金属材料层的工艺例如为干法刻蚀工艺；所述图案化掩膜层例如为光刻胶层，去除所述图案化掩膜层的工艺例如为灰化工艺。所述的清洗步骤例如为去离子水清洗。专利技术人研究发现，所述方法在含铝金属材料层侧壁产生的孔洞的与多个因素有关。在专利技术人的研究中发现，所述孔洞主要产生在所述含铝金属材料层的侧壁，所述的含铝金属材料层例如为金属铝或者铝的合金，所述铝的合金比如Al-Cu合金。形成所述含铝金属材料层的工艺例如为溅射沉积工艺，图5所示为一种溅射沉积设备的示意图，包括腔体20，所述半导体衬底21设置在所述腔体20底部的承载台22上，所述腔体20顶部通过线圈产生电场和磁场，将通入所述腔体内的溅射气体转变为等离子体，从而执行所述溅射沉积工艺。所述溅射沉积工艺涉及功率，压力，温度等参数。专利技术人研究发现，含铝金属材料层中孔洞的形成与溅射沉积工艺的温度有关。相对高的溅射沉积温度可导致含铝金属材料层的侧壁上形成更多的孔洞，并因此导致更高的孔洞密度。这是由于，当溅射温度升高时，所形成的含铝金属材料层中铝晶粒的粒度较小，因此铝晶粒的比表面积(单位质量物质所具有的总面积)较大，这会显著增加氯，氟等物质与铝接触及相互作用的面积，以及氯气等在铝晶粒之间通过的时间。其结果为在含铝金属材料层侧壁形成更多的易溶杂质(如Al·Cl等)，从而导致更多的孔洞在含铝金属材料层中形成。专利技术人研究发现，刻蚀所述金属材料层的工艺也与含铝金属材料层中孔洞的形成有密切关系。例如，在干法刻蚀工艺中，当被蚀刻的含铝金属材料层是铝或铝基合金(如Al-Cu)时，所述刻蚀气体通常包括氯气(Cl2)。而Cl2可能是导致含铝金属材料层的侧壁上孔洞形成的一个重要因素。如图6所示，Cl2气体会进入到含铝金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝互连结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依次形成有金属材料层和图案化的掩膜层，所述金属材料层包括含铝金属材料层；刻蚀所述金属材料层；去除所述图案化掩膜层；在25℃到40℃的温度条件下去离子水清洗所述铝互连结构。

【技术特征摘要】
1.一种铝互连结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依次形成有金属材料层和图案化的掩膜层，所述金属材料层包括含铝金属材料层；刻蚀所述金属材料层；去除所述图案化掩膜层；在25℃到40℃的温度条件下去离子水清洗所述铝互连结构。2.如权利要求1所述的铝互连结构的形成方法，其特征在于，去除所述图案化掩膜层的工艺为灰化工艺，其中，进行所述灰化工艺的气体包括H2O和O2。3.如权利要求1所述的铝互连结构的形成方法，其特征在于，采用溅射沉积工艺形成所述含铝金属材料层，其中，所述溅射沉积工艺在350℃至380℃的温度下进行。4.如权利要求1所述的铝互连结构的形成方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述金属材料层，其中，所述干法刻蚀工艺的刻蚀气体包括Cl2，CCl4和BCl3中的一种或者多种。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑泽和则，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32